暗能量光譜儀即將“睜眼”，繪製千萬個星系地圖，尋找暗能量秘密

位於美國亞利桑那州一個山頂上的暗能量光譜儀（DESI），近期完成了全新的改裝，從而短期內即可從“休眠”狀態恢復過來，馬上就要“睜開眼睛”，投入到為期5年的太空探測任務中來，目的就是尋找和揭示宇宙中暗能量的秘密。

暗能量

美國科學家哈勃在發現天體紅移現象之後，證實了遙遠星系正在加速離開地球的事實，從而揭示了宇宙膨脹的現象，而且通過精密的觀測，提出了哈勃定律，即遙遠星系相對於地球的退行速度，與它們和地球的距離成正比。此後，很多科學家通過不同的方法，驗證了宇宙膨脹的事實，而且還測算出了膨脹的速率，即哈勃常數，目前最新的數值約為68公里每秒每百萬秒差距。

基於哈勃的觀測結果，科學家們利用倒推的方法，測算出宇宙的年齡為138億年，目前宇宙中所有的物質，都來源於138億年前一個質量無限大、體積無限小的奇點，此後經歷了奇點大爆炸和宇宙暴漲階段，但是隨着時間的推移和宇宙整體温度的冷卻，宇宙膨脹仍然在持續進行，支撐着宇宙繼續膨脹的驅動力到底來源於何方，一直是困擾科學家們的難點問題。

於是，有科學家提出了暗能量的概念，認為宇宙中存在着大量的暗能量，它對物質的作用效果，與萬有引力正好相反，對物質普遍具有排斥作用。據科學家們通過觀測和應用宇宙模型進行測算，現有宇宙中存在着三個主要組成部分，一個是常規的普通物質，佔比只有5%左右；第二種是暗物質，佔比約為26%；剩餘的大部分則為暗能量，佔比高達69%。

科學家們對暗能量的假設，有兩個基本特徵，一個是不具有任何的質量屬性，第二是能提供像電子之間或者不同磁性的粒子之間產生的斥力。但是，由於暗能量的不可觀測性，到目前為止，科學家們還不能通過任何的實驗和觀測方式，來驗證應用宇宙模型預測出來的暗能量存在的證據。

暗能量光譜儀

暗能量光譜儀（DESI）是以美國費米實驗室為主要力量建造的大型天文觀測設備，通過10多年的建設，目前已經竣工，其建造地點位於美國亞利桑那州基特峯天文台，放置在一台直徑4米的大型天文望遠鏡上面。

從結構上看，暗能量光譜儀的核心是5000個獨立運行、差不多鉛筆大小的機器人所組成，在每個機器人中都有一個光纖“眼睛”，這些“眼睛”既能獨立運行，又能夠相互協作，可以接收來自遙遠星系所發出的宇宙信息。

暗能量光譜儀的工作原理，主要是通過收集上千萬個遙遠星系、以及上百萬個類星體所發生的光線，然後利用若干光譜儀進行精確測量，然後科學家們根據測量的結果來繪製出宇宙的3D地圖，從而可為揭示宇宙中的暗能量、星系生命週期、連接宇宙中物質的“宇宙網絡”等秘密提供必要的數據和模型支撐。據有關人員介紹，暗能量光譜儀將在未來5年內，觀測大約3500萬個星系、240萬個類星體，從而繪製出非常豐富的三維宇宙地圖。

在5年漫長的觀測任務開啓前，科學家們對改造後的暗能量光譜儀開展了4個月的試運行，在試運行期間，共接收到了來自400萬個星系的光線，並且成功繪製出這些星系的光譜圖，這4個月試運行的結果，就已經超過了以往科學家們對遙遠星系進行光譜調查的總和。

工作展望

暗能量光譜儀中5000個機器人，在此後的觀測工作中將發揮舉足輕重的作用。當來自遙遠的星系光芒進入光譜儀後，會分別通過5000條光纖中，這些光纖緊緊捆紮在一起，集中將光信號引導到光譜儀上。儀器中的若干光譜儀就像一個個稜鏡，然後將收集到的光線分解為不同顏色的單色光，從而測量出遙遠星系中紅移的程度，最終推測出宇宙膨脹的速率。

此後，科學家們根據光譜儀測量出的上千萬個星系的紅移數據，試圖來描述宇宙是如何在暗能的作用下發生的擴張。在此過程中，科學家們需要確定遙遠星系趨向聚集在一起的一個度量背景值，然後通過星系聚集時間的“被拉長”，來弄清楚暗能量在此過程中所發揮的作用以及作用效果有多強。隨着儀器改造後機器人的加入，使得自動化水平大幅提升，通過暗能量光譜儀，大約2分鐘左右即可尋找到一個星系新目標，每個晚上可以拍攝數千張星系的曝光快照。

宇宙在膨脹過程中，那些早期宇宙的某些特徵，都以一定的方式殘留和印刻在了宇宙微波背景輻射上，而宇宙微波背景輻射在整個宇宙中並不是均勻的，所以隨着宇宙的膨脹，這些不均勻的模式仍將持續，而且還會影響着星系和各種宇宙物質現在所處的區域和位置。科學家們正是通過將這種古老的宇宙微波背景模式，與今後繪製出的詳細星系圖進行對比，然後瞭解宇宙隨時間推移而不斷髮生膨脹的速率，從而瞭解到假想中的暗能量在宇宙空間中的數量和作用效果。

人類自從誕生之後，就對頭頂上的浩瀚星空產生強烈的好奇心和探索的慾望，相信隨着暗能量光譜儀的投入運行，將會為我們展現出之前根本想不到的神秘畫卷，這對於我們深入探討宇宙形成和發展各階段的相應理論和規律，將發揮着十分重要的作用。